La termoquímica dice que una reacción será espontánea cuando la variación de energía libre que la acompaña sea negativa, es decir cuando haya una disminución de la función de estado G

Si G < 0

Por otra parte la energía eléctrica producida por un generador de fem E cuando hace circular una carga eléctrica Q por todo el circuito nos la da la ecuación del trabajo eléctrico:

W = QE

La carga Q es la transportada por los electrones que van de un electrodo a otro, y su valor es donde es el número de moles de electrones y F es la constante de Faraday, que equivale a la carga, en culombios, transportada por cada mol de electrones, es decir, (carga del electrón) x (Número de Avogadro) = 96500 culombios).

Como G representa el máximo de energía de la reacción puede liberar, nos queda:

G= - nFE donde para que G sea negativo, E debe ser positivo.

De esta manera se llega a la condición decisiva para predecir si una reacción redox será espontánea o no:

Una reacción será espontánea si la pila formada por sus dos semireacciones tiene una fem positiva.

“A medida que la Fem es más positiva mayor espontaneidad del proceso”

Unidades de la Fem: Voltios

¿Cómo se mide?

Con un circuito potenciométrico Evita la polarización de cargas, la cual ocasionaría un potencial adicional, que se desea evitar.

Partes de la pila

Electrodo de oxidación (Ánodo, pérdida de electrones)

Electrodo de reducción (Cátodo, ganancia de electrones)

Medio para la transferencia de carga

Fem = E reducción - E oxidación

En cada electrodo se realiza un trabajo

Potencial de Electrodos

A medida que Eoxidación es más (+)

Goxidación es más (-) “Mayor espontaneidad”.

A medida que Ereducción es más (+)

Greducción es más (-) “Mayor espontaneidad”.

Una de las celdas galvánicas más conocidas es la llamada celda

Daniell. Consta de dos Semi celdas separadas por un vidrio poroso o puente salino. En una de ellas se coloca un electrodo de cobre y una solución 1 molar de sulfato de cobre, mientras que en la otra se coloca un electrodo de zinc en una solución 1 molar de sulfato de zinc. Al unir los electrodos mediante un medidor potencial, se determina que la celda genera un potencial máximo de 1.1 volts, denominado fuerza electromotriz (Fem).

Este valor puede ser calculado con base en las reacciones químicas

que tienen lugar en la celda y el potencial estándar asociado a estas reacciones. En este caso, los pares son Cu2+/Cu0 y Zn2+/Zn0.

Un potencial más positivo indica una mayor tendencia de las

especies a ganar electrones, esto es, a reducirse. En cambio, a medida que un potencial es más negativo (o menos positivo) se tiene una mayor tendencia a la oxidación, o sea a la pérdida de electrones. De acuerdo a lo anterior, se puede afirmar que las reacciones en la celda Daniell serán:

Cu2+ + 2e- Cu0

Zn0 - 2e- Zn2+

La fem de una celda se calcula mediante la relación: fem =

Potencial más positivo — Potencial más negativo, sin cambiar nunca los valores reportados en la tabla a menos que las condiciones de concentración, presión o temperatura sean diferentes a las estándar.

Potencial de oxidación-reducción. El término

potencial de oxidación -reducción , o potencial

redox , se refiere al potencial que se establece entre un electrodo inerte, por ejemplo, de platino o de oro, y una disolución de las formas oxidada y reducida de un ion.

La oxidación consiste en una pérdida de electrones, y la reducción en una ganancia de electrones.

 REACCIÓN ÓXIDO REDUCCIÓN EN ELECTROQUÍMICA

Las reacciones de reducción-oxidación son las reacciones de transferencia de electrones. Esta transferencia se produce entre un conjunto de elementos químicos, uno oxidante y uno reductor (una forma reducida y una forma oxidada respectivamente). En dichas reacciones la energía liberada de una reacción espontánea se convierte en electricidad o bien se puede aprovechar para inducir una reacción química no espontánea.

Prácticamente todos los procesos que proporcionan energía para calentar cosas, dar potencia a los vehículos y permiten que las personas trabajen y jueguen dependen de reacciones de óxido-reducción. Cada vez que se enciende un automóvil o una calculadora, se mira un reloj digital o se escucha radio en la playa, se depende de una reacción de óxido-reducción que da potencia a las baterías que usan estos dispositivos.

REACCIONES DE ÓXIDO-REDUCCIÓN

Veamos la siguiente reacción: el cloruro de sodio se forma al reaccionar sodio elemental con cloro.

2NaCl(s) ®2Na(s) + Cl2(g)

Como el sodio y el cloro elementales contienen átomos neutros y se sabe que el cloruro de sodio contiene iones Na+ y Cl- , en esta reacción debe efectuarse una transferencia de electrones de los átomos de sodio a los de cloro.

Las reacciones de este tipo en las cuales se transfieren uno o más electrones se llaman reacciones de óxido-reducción o “reacciones redox”.

La oxidación se define como pérdida de electrones y la reducción es la ganancia de electrones.

Al reaccionar el cloro y el sodio elementales, cada átomo de sodio pierde un electrón y forma un ion 1+; por tanto, se dice que el sodio se oxida. Cada átomo de cloro gana un electrón y forma un ion cloruro negativo, y por tanto se reduce. Siempre que un metal reacciona con un no metal para formar un compuesto iónico se transfieren electrones del metal al no metal; en consecuencia, estas reacciones siempre son de óxido-reducción y el metal se oxida (pierde electrones) y el no metal se reduce (gana electrones).

Fuerza electromotriz fem en una celda electroquímica

Se denomina fuerza electromotriz (FEM) a la energía proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que suministre corriente eléctrica. Para ello se necesita la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos o polos (uno negativo y el otro positivo) de dicha fuente, que sea capaz de bombear o impulsar las cargas eléctricas a través de un circuito cerrado.

A. Circuito eléctrico abierto (sin carga o resistencia) Por tanto, no se establece la circulación de la corriente eléctrica desde la fuente de FEM (La batería en este caso).

B. Circuito eléctrico cerrado, con una carga o resistencia

que emplean como electrodos placas de plomo y como electrolito ácido sulfúrico mezclado con agua destilada.

Máquinas electromagnéticas. Generan energía eléctrica utilizando medios magnéticos y mecánicos, Es el caso de las dinamos y generadores pequeños utilizados en vehículos automotores, plantas eléctricas portátiles y otros usos diversos, así como los de gran tamaño empleados en las centrales hidráulicas, térmicas y atómicas, que suministran energía eléctrica a industrias y ciudades.

¿QUÉ ES LA FEM?

Celdas fotovultaicas o fotoeléctricas. Llamadas también

celdas solares, transforman en energía eléctrica la luz - natural del Sol o la de una fuente de luz artificial que incida sobre éstas. Su principal componente es el silicio (Si). Uno de los empleos más generalizados en todo el mundo de las celdas voltaicas es en el encendido automático de las luces del alumbrado público en las ciudades.

También se utilizan en el suministro de pequeñas cantidades de energía eléctrica para satisfacer diferentes necesidades en zonas apartadas hasta donde no legan las redes del tendido de las grandes plantas generadoras. Las celdas fotovoltaicas se emplean también como fuente principal de abastecimiento de energía eléctrica en los satélites y módulos espaciales. Las hay desde el tamaño de una moneda hasta las del tamaño aproximado acoplada, a través de la cual se establece la circulación de un flujo de corriente eléctrica desde el polo negativo hacia el polo positivo de la fuente de FEM o batería.

Existen diferentes dispositivos capaces de suministrar energía eléctrica entre los que podemos citar:

Pilas o Baterías. Son las fuentes de FEM más conocidas del gran público. Generan energía eléctrica por medios químicos. Las más comunes y corrientes son las de carbón -zinc y las alcalinas, que cuando se agotan no admiten recarga. Las hay también de níquel- cadmio (Ni Cd), de níquel e hidruro metálico (Ni-MH) y de ión de litio (Li-ion), recargables. En los automóviles se utilizan baterías de plomo-ácido, de un plato.

Para obtener una tensión o voltaje más alto que el que proporciona una sola celda, se unen varias para formar un panel.

Termopares. Se componen de dos alambres de diferentes metales unidos por uno de sus extremos. Cuando reciben calor en el punto donde se unen los dos alambres, se genera una pequeña tensión o voltaje en sus dos extremos libres.

4.7.3. Calculo Fem Y Potenciales De Oxido Reducción

Una de las celdas galvánicas más conocidas es la llamada celda Daniell. Consta de dos semiceldas separadas por un vidrio poroso o puente salino. En una de ellas se coloca un electrodo de cobre y una solución 1 molar de sulfato de cobre, mientras que en la otra se coloca un electrodo de zinc en una solución 1 molar de sulfato de zinc. Al unir los electrodos mediante un medidor potencial, se determina que la celda genera un potencial máximo de 1.1 volts, denominado fuerza electromotriz (Fem).

Este valor puede ser calculado con base en las reacciones químicas que tienen lugar en la celda y el potencial estándar asociado a estas reacciones. En este caso, los pares son Cu2+/Cu0 y Zn2+/Zn0.

Un potencial más positivo indica una mayor tendencia de las especies a ganar electrones, esto es, a reducirse. En cambio, a medida que un potencial es más negativo (o menos positivo) se tiene una mayor tendencia a la oxidación, o sea a la pérdida de electrones. De acuerdo a lo anterior, se puede afirmar que las reacciones en la celda Daniell serán:

Cu2+ + 2e- Cu0

Zn0 - 2e- Zn2+

La fem de una celda se calcula mediante la relación: fem = Potencial más positivo — Potencial más negativo, sin cambiar nunca los valores reportados en la tabla a menos que las condiciones de concentración, presión o temperatura sean diferentes a las estándar.

Potencial de oxidación-reducción. El término potencial de oxidación -

reducción , o potencial redox , se refiere al potencial que se establece entre un electrodo inerte, por ejemplo, de platino o de oro, y una disolución de las formas oxidada y reducida de un ion.

La oxidación consiste en una pérdida de electrones, y la reducción en una ganancia de electrones.

Electro deposito (calculo de electro deposito).

La galvanoplastia es un proceso mediante el cual se recubre un objeto con un metal, gracias al paso de una corriente eléctrica por una celda electroquímica. Es un depósito de una capa metálica sobre un material no metálico.

La galnostegia es un depósito de una capa metálica sobre un metal

Los objetivos de este depósito es el de protección y decoración.

Un electro depósito se puede obtener bajo las siguientes características:

1.- uniformidad de depósito

2.- brillo

3.- dureza

4.- rugosidad

5.- adherencia

6.- no adherencia

7.- quemado

Para un buen depósito electrolítico es importante la limpieza. Las sustancias a eliminar son:

1.- óxidos y productos de corrosión

2.- sustancias orgánicas (grasas y aceites9.

3.- astillas metálicas

EJEMPLO:

Electro deposito de aleaciones amorfas.

La presente invención

se refiere a un proceso de electro depósito para depositar un recubrimiento metálico amorfo que contiene boro en un cátodo que comprende las etapas de: preparar un baño de electro depósito, consistiendo el baño esencialmente de: una fuente de boro seleccionada del grupo que consiste de ácido boro fosfórico, dimetil aminaborano y dietil aminaborano, una sal de amonio de un ácido, seleccionada del grupo que consiste de un ácido hidroxicarboxílico y un ácido amino, y una fuente de especies metálicas que se codepositarán con el boro, teniendo el baño un ph desde aproximadamente 7 hasta aproximadamente 10; y electro depositar una capa metálica amorfa del baño en el cátodo, llevándose a cabo dicha etapa de electro depósito a una tensión mayor que la sobretensión del hidrógeno del baño y una densidad de corriente mayor de aproximadamente 20 mili amperes por centímetro cuadrado.

 Aplicaciones de electroquímica en electrónica

La electroquímica, rama de la química que estudia las interrelaciones entre los procesos químicos y los procesos eléctricos. El flujo de electrones desde un punto a otro se llama corriente eléctrica. Cuando la concentración de electrones se iguala en ambos puntos, cesa la corriente eléctrica. El material por el cual fluyen los electrones se denomina conductor.

Los conductores pueden ser de dos tipos: conductores electrónicos o metálicos, y los conductores electrolíticos. La conducción tiene lugar por la migración directa de los electrones a través del conductor bajo la influencia de un potencial aplicado.

El punto principal de el presente trabajo, será la electroquímica, las aplicaciones que esta posee, cuales son sus unidades fundamentales.

Objetivo

Los procesos químicos son de una relativa importancia tanto a nivel industrial como a nivel ecológico y natural.

Con el desarrollo de el trabajo presentado pudimos conocer un poco mas sobre la electroquímica y su funcionamiento, también la aplicación que esta tiene a nivel industrial y comercial. También sobre los puntos relacionados con la electroquímica.

Se hablo también sobre la electrolisis, los procesos de oxido - reducción y su importancia a nivel industrial.

1. Demostrar que las reacciones químicas producen energía y que esta energía es electricidad.

2. Que estas reacciones químicas son reacciones de oxidación y otras de reducción.

3. Demostrar con sencillo ejemplo la fabricación de una batería casera.

4. Otras fuentes que desarrollan energía.

Aplicaciones de electroquímica en la electrónica

Las baterías o pilas como comúnmente se les conoce, tiene más de 200 años de existencia, desde su primer modelo primitivo hasta lo modernos productos que existen en la actualidad, como pilas alcalinas, pilas recargables, etc.

Las baterías no han perdido vigencia tecnológica por el contrario, cada día se perfecciona, ya en la actualidad se habla de sistemas híbridos, de motores de combustión con sistemas de baterías, que pronto serán una realidad en nuestras calles.

Este experimento tiene como propósito ilustrar o sencillo que es una batería, una simple reacción química que produce energía. Pero a su vez dar luces que si la crisis energética se agudiza, pronto deberemos buscar fuentes de energía alternas para no depender del combustible fósil (petróleo)

Una batería es un dispositivo electroquímico el cual almacena energía en forma química. Cuando se conecta a un circuito eléctrico, la energía química se transforma en energía eléctrica. Todas las baterías son similares en su construcción y están compuestas por un número de celdas electroquímicas. Cada una de estas celdas está compuesta de un electrodo positivo y otro negativo además de un separador. Cuando la batería se está descargando un cambio electroquímico se está produciendo entre los diferentes materiales en los dos electrodos. Los electrones son transportados entre el electrodo positivo y negativo vía un circuito externo (bombillas, motores de arranque etc.

Nano química propiedades fisicoquímicas no convencionales de polímeros Catenanos y Rotaxanos

Un campo de investigación reciente y muy interesante es el de las máquinas moleculares. Inspirándose en la mecánica biológica, muchos han buscado formar sistemas moleculares en movimiento para generar trabajo que promete tener muchas aplicaciones. De interés especial para estos propósitos son un tipo de moléculas llamadas Catenanos y Rotaxanos. Los Catenanos son estructuras formadas por la interconexión de dos o más macrociclos para formar una especie de cadena, con cada macrociclos tomando el papel de un eslabón. Los Rotaxanos son estructuras con una molécula en forma de mancuerna rodeada en el centro por un macrociclos.

Los primeros Catenanos y Rotaxanos fueron sintetizados en la década de 1960, pero no fue sino hasta hace unos años que se empezaron a considerar estas estructuras como posibles fuentes de una aplicación importante. Al principio, la síntesis de este tipo de estructuras era muy difícil ya que se utilizaban únicamente fuerzas intermoleculares e interacciones ácido-base para dirigir la reacción. Sin embargo, en la actualidad ya no existen ese tipo de impedimentos ya que se han diseñado métodos de síntesis que incorporan metales de transición para dirigir la reacción. Uno de los metales más empleados para esto es el cobre en estado de oxidación (I). Las estrategias más comunes consisten en formar un complejo con fragmentos coordinantes acíclicos para luego cerrar los fragmentos mediante una reacción de sustitución u otro tipo de reacción. El centro metálico puede ser removido posteriormente formando una sal insoluble con otro ligante para obtener el catenano libre. La idea de producir motores moleculares con este tipo de estructuras proviene del estudio del mecanismo de la contracción muscular. En las células musculares existen arreglos en forma de fibras, con un filamento de miosina rodeado de filamentos de actina. El movimiento ocurre por deslizamiento de los filamentos impulsado por la hidrólisis del ATP. Haciendo una analogía con esta función biológica, se han preparado estructuras moleculares que presenten este tipo de movimiento. Uno de los sistemas más prometedores son los polipirroles que permiten doblar un polímero sólido en una dirección u otra dependiendo de la corriente eléctrica aplicada. Los rotoxanos se basan en el mecanismo de los sarcómeros del músculo, y el ciclo central no permite que la cadena en forma de mancuerna se deslice completamente fuera del sistema. Sin embargo un método químico interesante consiste en el intercambio de centros metálicos en un catenano. Para esto es importante que los ciclos tengan varios átomos donadores. Es posible intercambiar un ion metálico con un número de coordinación por otro con mayor número de coordinación (por ejemplo Cu(I) y Zn(II)). Esto produce un movimiento de estiramiento y contracción